Tài liệu Nghiên cứu môi trường đất trong khai thác quặng sắt và đề xuất giải pháp phục hồi đất tại huyện đồng hỷ, tỉnh thái nguyên tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN QUÁCH HOÀNG LONG NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG ĐẤT TRONG KHAI THÁC QUẶNG SẮT VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP PHỤC HỒI ĐẤT TẠI HUYỆN ĐỒNG HỶ, TỈNH THÁI NGUYÊN Ngành: Khoa học môi trường Mã số: 9.44.03.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG 2 Thái Nguyên - 2021 Luận án được hoàn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Đỗ Thị Lan 2. PGS.TS. Đào Châu Thu Phản biện 1: ………………………………………….. Phản biện 2: …………………………………………… Phản biện 3: …………………………………………… Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận cấp Trường: Họp tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Vào hồi ……. giờ ngày ….. tháng …… năm 2021 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia - Trung tâm học liệu Đại học Thái Nguyên - Thư viện Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN -----------------1. Quách Hoàng Long, Đào Châu Thu, Đỗ Thị Lan (2019), Tác động của hoạt động khai thác quặng sắt đến môi trường đất tại Trại Cau, Đồng Hỷ, Thái Nguyên, Tạp chí Môi trường, Chuyên đề III, tháng 11/2019. 2. Quách Hoàng Long (2019), Nghiên cứu sử dụng thực vật để phục hồi đất sau khai thác quặng sắt tại Thái Nguyên, Tạp chí Nông nghiệp và PTNT, số 21.2019. 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Những năm gần đây, cùng với sự phát triển chung của cả nước, các hoạt động khai thác khoáng sản đã và đang góp phần rất lớn vào công cuộc đổi mới đất nước. Tuy nhiên, bên cạnh những mặt tích cực đạt được, chúng ta cũng đang phải đối mặt với nhiều vấn đề về môi trường. Quá trình khai thác mỏ phục vụ cho lợi ích của mình, con người đã làm thay đổi môi trường xung quanh. Khai thác khoáng sản trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên đã đóng góp vào nguồn thu ngân sách của tỉnh tăng trưởng liên tục qua từng năm. Song đây cũng là bài toán về vấn đề môi trường đã, đang và sẽ đặt ra cho các cấp có thẩm quyền tại địa phương giải quyết. Sau thời gian hoạt động của các mỏ khai thác và chế biến khoáng sản, thường phải mất nhiều năm chúng ta mới khắc phục được những hậu quả của nó. Sau khai thác, tầng đất mặt bị xáo trộn, trơ sỏi đá, các hiện tượng trượt lở, bồi lấp và tích tụ các chất rắn khiến cho chất lượng nước và đất ở các vùng khai thác khoáng sản bị ảnh hưởng. Một số khu vực đất đá thải còn có tiềm năng hình thành dòng axit mỏ, có khả năng hòa tan các kim loại nặng độc hại là nguồn gây ô nhiễm tiềm tàng đối với nước mặt và nước ngầm của khu vực. Quá trình ô nhiễm đất và nước dẫn đến làm giảm năng suất cây trồng, làm nghèo thảm thực vật, suy giảm sự đa dạng sinh học. Đồng thời chúng có tác động ngược lại làm cho quá trình xói mòn, rửa trôi thoái hóa đất diễn ra nhanh hơn. Tại huyện Đồng Hỷ, hiện tại đang có 18 mỏ sắt đang hoạt động với tổng diện tích chiếm đất là 743,92 ha, trong đó mỏ sắt Trại Cau chiếm tới 291,04 ha. Mỏ sắt Trại Cau cũng là mỏ được khai thác sớm nhất, từ năm 1969, còn 17 mỏ sắt khác chỉ mới bắt đầu khai thác từ những năm 2009 cho tới nay. Quá trình khai thác lâu dài, với diện tích chiếm đất lớn, ngày càng xuất hiện những vấn đề về môi trường tại mỏ sắt Trại Cau đang cần phải quan tâm. Xuất phát yêu cầu nêu trên và nhằm đóng góp cơ sở dữ liệu cho thiết lập giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng đất đai sau khi khai thác khoáng sản, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài với trường hợp nghiên cứu khai thác quặng sắt tại Thái Nguyên là “Nghiên cứu môi trường đất trong khai thác quặng sắt và đề xuất giải pháp phục hồi đất tại huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên”. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Đánh giá được thực trạng môi trường đất trong khai thác quặng sắt. - Đánh giá được hiệu quả giải pháp phục hồi đất sau khai thác quặng sắt. - Đề xuất giải pháp phục hồi đất sau khai thác quặng sắt bằng một số loại thực vật. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học - Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở dữ liệu mới về môi trường đất khu vực mỏ sắt ở tỉnh Thái Nguyên. Giải pháp phục hồi đất sau khai thác quặng sắt bằng thực vật đã góp phần bổ sung vào danh mục các giải pháp cải tạo đất ở khu vực khai thác quặng sắt tại địa phương. 2 - Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở dữ liệu tham khảo tốt cho các nghiên cứu cũng như đào tạo trong lĩnh vực tài nguyên đất ở Việt Nam. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả đánh giá thực trạng về tác động của khai thác quặng sắt đến một số tai biến như nứt, sập sụt lún mặt đất, mất nước cũng như làm suy giảm độ phì và gây ô nhiễm đất sau khai thác quặng sắt là cơ sở cho xác định các giải pháp phục hồi cho đất sau khai khoáng sản ở Thái Nguyên. - Sử dụng các loại thực vật theo tiêu chí dễ thích nghi với đất có độ phì thấp, đất bị ô nhiễm đồng thời phải sinh trưởng phát triển nhanh đem lại sinh khối lớn trả lại cho đất là giải pháp tối ưu cho phục hồi đất sau khai thác quặng sắt ở Thái Nguyên và những nơi có điều kiện tương tự. 4. Đóng góp mới của luận án - Kết quả đánh giá thực trạng về ảnh hưởng của khai thác quặng sắt làm suy giảm độ phì và gây ô nhiễm đất là cơ sở dữ liệu mới góp phần xác định các giải pháp phục hồi cho đất sau khai thác khoáng sản. - Giải pháp nhanh chóng phục hồi độ phì đất sau khai thác quặng sắt là bằng trồng các loại cây theo tiêu chí dễ thích nghi với đất có độ phì thấp, đất bị ô nhiễm đồng thời phải sinh trưởng phát triển nhanh đem lại sinh khối lớn trả lại cho đất. Kết quả đánh giá đã chọn được các loại cây ngắn ngày (đơn buốt, ngải dại, mần trầu và dương xỉ) và cây lâu năm như keo tai tượng cho phục hồi độ phì đất và xử lý được đất bị ô nhiễm kim loại nặng As, Pb và Cd ở vùng khai thác quặng sắt Thái Nguyên. Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU Trong chương này, luận án tổng quan các vấn đề sau: - Đã làm rõ các cơ sở khoa học về môi trường đất sau khai thác khoáng sản: Một số khái niệm về môi trường đất, thoái hóa đất và ô nhiễm môi trường đất sau khai thác khoáng sản. - Đã làm rõ được vấn đề khai thác khoáng sản và những tác động đến môi trường: Khoáng sản và khai thác khoáng sản và tác động gây ô nhiễm môi trường của hoạt động khai thác khoáng sản. - Luận án tổng quan kim loại nặng và ô nhiễm do kim loại nặng trong đất: Kim loại nặng trong đất và đất ô nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản. - Luận án đã tóm tắt tình hình nghiên cứu, cải tạo phục hồi môi trường đất sau khai thác khoáng sản trên Thế giới và ở Việt Nam: + Tình hình nghiên cứu, cải tạo phục hồi môi trường đất sau khai thác khoáng sản trên Thế giới: Khái quát các phương pháp cải tạo phục hồi đất sau khai thác khoáng sản và tình hình nghiên cứu, cải tạo phục hồi môi trường đất sau khai thác khoáng sản. + Tình hình nghiên cứu, cải tạo phục hồi môi trường đất sau khai thác khoáng sản ở Việt Nam: Khái quát chung và tình hình nghiên cứu, cải tạo phục hồi môi trường đất sau khai thác khoáng sản bằng các loại thực vật. 3 Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu - Một số tính chất độ phì của đất sau khi khai thác quặng sắt thuộc khu mỏ sắt Trại Cau, Thái Nguyên. - Xác định một số loại thực vật để cải tạo tính chất lý hóa học đất sau khai thác quặng sắt tại mỏ Trại Cau. 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu - Về không gian: khu vực mỏ sắt Trại Cau, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên. - Về thời gian: từ 2016 - 2019. 2.2. Nội dung nghiên cứu - Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của huyện Đồng Hỷ liên quan đến khai thác quặng sắt; - Hoạt động khai thác quặng sắt ảnh hưởng đến môi trường đất của khu vực mỏ sắt Trại Cau; - Đánh giá khả năng cải tạo đất sau khai thác quặng sắt của một số loài thực vật tại khu vực mỏ sắt Trại Cau; - Đề xuất giải pháp cải tạo đất sau khai thác quặng sắt. 2.3. Phương pháp nghiên cứu 2.3.1. Khung nghiên cứu Xác định vấn đề và mục tiêu nghiên cứu Cơ sở lí luận (Các nghiên cứu liên quan đến nội dung nghiên cứu, đến giải pháp) Xác định mô hình nghiên cứu và các thang đo Nghiên cứu thực trạng (Số liệu thứ cấp, lấy mẫu phân tích, Nghiên cứu xác định giải pháp (Tiến hành thí nghiệm, khảo sát mô hình) phân tích ) Tổng hợp và xử lý số liệu (Xử lý số liệu theo SPSS) Kết quả, đánh giá và giải pháp Hình 2.1. Khung nghiên cứu thực trạng môi trường và giải pháp phục hồi đất sau khai thác quặng sắt 4 2.3.2. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp - Các thông tin cần thu thập: + Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của khu vực nghiên cứu. + Thực trạng khai thác khoáng sản nói chung và khoáng sản quặng sắt nói riêng của khu vực nghiên cứu. + Tình hình quản lý và hoạt động sản xuất của mỏ sắt Trại Cau. + Các thông tin, kết quả nghiên cứu đã có thuộc lĩnh vực đề tài. - Nguồn tiến hành thu thập số liệu: + UBND tỉnh Thái Nguyên và UBND huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên. + Sở Tài nguyên và Môi trường Thái Nguyên, phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên. + Cục Thống kê Thái Nguyên. + Ban quản lý các mỏ khai thác quặng sắt khu vực Trại Cau. + Các công trình nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí, hội thảo, nhà xuất bản, đề tài/dự án nghiên cứu khoa học và phát triển, luận án tiến sĩ, báo cáo… trong nước và quốc tế từ bản in và internet. 2.3.3. Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp - Phương pháp khảo sát thực địa: + Khảo sát thực địa, kiểm tra và so sánh với các số liệu hiện trạng của các cơ quan quản lý gián tiếp và trực tiếp mỏ sắt Trại Cau. + Khảo sát và xác định các vị trí lấy mẫu phân tích đất, các vị trí tiến hành các thực nghiệm. + Trên cơ sở thừa kế số liệu của Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản (2018), đề tài tiến hành khảo sát để kiểm chứng việc đánh giá hiện trạng các tai biến sụt lún, nứt đất, mất nước các giếng. + Điều tra thực địa xác định một số loại thực vật hiện có trên vùng đất sau khai mỏ. Mục tiêu của khảo sát này để có thông tin sơ bộ cho kết luận loại cây sau khi có kết quả phỏng vấn người dân theo phiếu. - Phương pháp điều tra phỏng vấn người dân theo phiếu: Để đánh giá khả năng phân bố một số loại cây mọc phổ biến trên đất vùng mỏ sắt Trại Cau, đề tài tiến hành điều tra ý kiến của các hộ dân sống tại khu vực Trại Cau. Theo số liệu thống kê của địa phương vùng mỏ sắt Trại Cau cho biết số hộ dân sống trong phạm vi từ trung tâm mỏ đến cự ly 300 m so với mỏ là 172 hộ. Áp dụng công thức Slovin với số lượng 172 hộ, tính toán được tổng số mẫu cần điều tra là 120 mẫu – 120 phiếu điều tra. Số hộ điều tra được chọn ngẫu nhiên ở tại và gần các vị trí gần, xa, khu đất tự nhiên, đất đã hoàn thổ, đất đang khai thác…của mỏ sắt Trại Cau. 2.3.4. Xác định các vị trí lấy mẫu phân tích đất, cây và các vị trí tiến hành các thực nghiệm 5 Sử dụng máy GPS để định vị tọa độ địa lý của các khu vực điều tra, khảo sát và thu mẫu ngoài thực địa. - Xác định các vị trí lấy mẫu phân tích, được nhắc lại 3 lần cho mỗi nội dung: + Lấy mẫu đất phân tích ở các vị trí có cự ly khác nhau với khu khai thác mỏ + Lấy mẫu đất phân tích ở các các khu đất khác nhau của mỏ + Lấy mẫu đất và cây phân tích đánh giá khả năng thu hút kim loại nặng của một số loại cây mọc trong đất khu vực mỏ sắt Trại Cau - Tiến hành thí nghiệm và mô hình: +Thí nghiệm đánh giá khả năng cải tạo đất và xử lý đất bị ô nhiễm của một số loại cây phủ đất ở vùng mỏ sắt Trại Cau + Mô hình đánh giá khả năng cải tạo độ phì đất của cây keo tai tượng trên đất sau khai thác mỏ sắt Trại Cau. 2.3.5. Phương pháp lấy mẫu phân tích, theo dõi các chỉ tiêu nghiên cứu - Các chỉ tiêu nghiên cứu về đất: + Các chỉ tiêu quản lý bề mặt đất: Hiện trạng tai biến sụt lún, nứt đất, mất nước các giếng và rạn nứt công trình xây dựng. Mức độ và số lượng các sụt lún, nứt đất, mất nước các giếng và rạn nứt công trình xây dựng. + Khối chỉ tiêu chất lượng đất: Chỉ tiêu vật lý đất (Dung trọng, tỷ trọng, độ xốp và thành phần cơ giới 3 cấp). Chỉ tiêu hóa học đất: pH, Mùn (%), N (%), P 2O5 (%), K2O (%), Kim loại nặng (mg/100g đất): Fe, Zn, Pb, Cd, As. Các phương pháp phân tích các chỉ tiêu trên tuân theo TCVN. - Phương pháp theo dõi thực vật: Sinh khối thân cành lá cây. 2.3.6. Phương pháp xử lý số liệu Các số liệu nghiên cứu được xử lý thống kê toán học trên các phần mềm Excel và SPSS. Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Khái quát điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của huyện Đồng Hỷ liên quan đến khai thác quặng sắt - Đánh giá chung về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của huyện Đồng Hỷ liên quan đến khai thác quặng sắt: a, Thuận lợi + Đồng Hỷ có vị trí địa lý thuận lợi cho phát triển kinh tế xã hội nói chung và là lợi thế cho phát triển ngành khai khoáng nói riêng. + Đồng Hỷ có nguồn tài nguyên khoáng sản lớn, vừa đa dạng vừa có trữ lượng lớn của tỉnh Thái Nguyên. + Định hướng phát triển kinh tế xã hội của huyện thuận lợi cho phát triển ngành khai khoáng. b, Khó khăn trở ngại 6 + Điều kiện tự nhiên vùng đồi núi, chia cắt là trở ngại lớn cho phát triển kinh tế nói chung và ngành khai khoáng nói riêng. + Các điểm khai thác khoáng sản gần các khu dân cư nên những tai biến địa chất và ô nhiễm môi trường của quá trình khai thác làm ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống người dân. - Những vấn đề môi trường đất trong hoạt động khai thác khoáng sản sắt: Kết quả khảo sát thực tế tại các điểm khai thác quă ̣ng sắt ở huyện Đồng Hỷ tỉnh Thái Nguyên cho thấy hoạt động khai thác mỏ ở đây đã thực sự gây ảnh hưởng nhiều mă ̣t đến các dạng tài nguyên thiên nhiên và các yếu tố môi trường với cường độ và quy mô khác nhau. 3.2. Hoạt động khai thác quặng sắt ảnh hưởng đến môi trường đất của khu vực mỏ sắt Trại Cau 3.2.1. Khái quát mỏ sắt Trại Cau Mỏ sắt Trại Cau thuộc thị trấn Trại Cau, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên, cách thành phố Thái Nguyên khoảng 18 - 20 km, đã tổ chức khai thác từ thời Pháp thuộc 1928 – 1929. Mỏ sắt Trại Cau khai thác lộ thiên. Vì vậy, quá trình khai thác đã tác động đến môi trường của khu vực. 3.2.2. Ảnh hưởng của khai thác quặng sắt đến hiện tượng sụt lún, mất nước tại khu vực mỏ Tình trạng sụt lún, mất nước khu vực xung quanh mỏ sắt Trại Cau huyện Đồng Hỷ xảy ra và càng ngày càng nghiêm trọng (Bảng 3.6). Nguyên nhân gây tai biến: Nguyên nhân chính gây tai biến địa chất là do đào - xúc đất, phá đá nổ mìn tạo thành bờ moong dốc và bơm hút nước tháo khô mỏ đã hạ thấp mực nước dưới đất trong tầng chứa nước khe nứt - karste với hệ thống hang ngầm rất phát triển, quy mô lớn phức tạp tại mỏ sắt tầng sâu núi Quặng. Bảng 3.6. Thống kê hố sụt, rạn nứt và mất nước khu mỏ Trại Cau Các dạng sự cố Vết Lún Rạn nứt Khu vực Hố sụt Mất nước nứt nghiêng nhà Xã Cây Thị 74 13 46 43 Mất nước hoàn toàn từ TT. Trại Cau 5 7 3 95 các giếng khơi và một Tổng 81 20 49 138 phần từ các giếng khoan 3.2.3. Ảnh hưởng của hoạt động khai thác quặng sắt đến tính chất đất khu vực mỏ Để đánh giá chất lượng đất tại các khu vực khai thác quặng sắt, đề tài đã tiến hành khảo sát thực địa và lấy các mẫu đất để phân tích ở tại 05 vị trí có cự ly khác nhau so với khu vực khai trường của mỏ và 05 khu vực sử dụng đất khác nhau của mỏ. 3.2.3.1. Tính chất lý hóa tính của đất ở các vị trí có cự ly khác nhau so với khu vực khai trường 7 Bảng 3.8. Một số tính chất lý học đất ở các vị trí so với khu vực khai trường Thành phần cơ giới (%) Tầng Dung Độ Limon Sét Cự ly so với khu Cát TT đất trọng xốp (0,002(<0,002 vực khai thác mỏ 3 (>0,02mm) (cm) (g/cm ) (%) 0,02mm) mm) 0 - 20 1,34 48,1 45 43 12 1 Ngay khai trường 20 - 40 1,37 47,1 33 45 22 0 - 20 1,34 47,9 46 44 10 2 Cách 50 m 20 - 40 1,36 47,3 32 48 20 0 - 20 1,27 50,6 44 40 16 3 Cách 100 m 20 - 40 1,28 50,0 39 40 21 0 - 20 1,24 51,8 47 40 13 4 Cách 150 m 20 - 40 1,25 51,4 41 39 20 0 - 20 1,23 52,1 45 42 13 5 Cách 200 m 20 - 40 1,24 51,8 42 40 18 LSD0,05 0 - 20 0,05 1,32 CV(%) 0 - 20 2,10 1,40 - Hình 3.10. Hàm lượng mùn và N, P2O5, K2O trong đất tầng 0 - 20 cm ở các vị trí so với khu vực khai trường TT 1 2 3 Bảng 3.10. Kim loại nặng trong đất ở các vị trí xa dần so với khu vực khai trường Cự ly so với khu Tầng đất Hàm lượng kim loại nặng (mg/kg đất) As Pb Cd Zn Fe vực khai thác mỏ (cm) 0 - 20 20,76 77,22 0,749 200,27 641,85 Ngay khai trường 20 - 40 20,04 71,12 0,879 200,04 639,23 0 - 20 15,22 66,75 0,528 199,29 539,81 Cách 50 m 20 - 40 13,09 52,82 0,512 187,54 542,27 0 - 20 14,14 52,62 0,492 149,65 504,50 Cách 100 m 20 - 40 13,28 47,48 0,487 150,08 495,46 8 4 Cách 150 m 5 Cách 200 m 0 - 20 20 - 40 0 - 20 20 - 40 QCVN 03MT:2015/BTNMT LSD0,05 CV(%) 0 - 20 0 - 20 11,12 10,29 10,10 10,01 46,94 47,83 36,73 37,86 0,411 0,423 0,389 0,306 147,64 148,16 149,66 148,96 499,41 428,96 340,06 331,89 15 70 1,5 200 - 1,20 4,45 2,97 2,81 0,10 10,16 29,06 9,12 - Hình 3.11. Hàm lượng kim loại nặng As trong đất ở các vị trí so với khu vực khai trường Hình 3.12. Hàm lượng kim loại nặng Pb trong đất ở các vị trí xa dần so với khu vực khai trường Đánh giá chung về tính đất ở các vị trí có cự ly khác nhau so với khu vực khai trường: Từ số liệu phân tích ở trên cho phép đánh giá: - Về tính chất vật lý đất: Ở các vị trí càng xa dần khu vực khai thác mỏ, một số tính chất vật lý đất càng có xu hướng tốt hơn và ngược lại, càng gần khu vực khai trường thì càng xấu đi. Cụ thể, ở các vị trí càng xa dần khu vực khai thác mỏ, dung 9 trọng đất có xu hướng giảm dần, độ xốp đất tăng dần. Như vậy có thể thấy hoạt động khai thác mỏ đã phần nào ảnh hưởng tiêu cực đến tính chất vật lý của đất. - Về tính chất hóa học đất: Tương tự như tính chất vật lý đất, ở các vị trí càng xa dần khu vực khai thác mỏ, một số tính chất hóa học đất càng có xu hướng tốt hơn và và ngược lại, càng gần khu vực khai trường thì càng xấu đi. Cụ thể, ở các vị trí càng xa dần khu vực khai thác mỏ, pH đất có xu hướng tăng lên, hàm lượng mùn trong cả hai tầng đất ở các vị trí càng xa mỏ thì càng có xu hướng tăng lên và đạt cao nhất ở cự ly 200 m so với mỏ. Hàm lượng mùn tăng lên kéo theo hàm lượng các chất dinh dưỡng N, P, K cũng tăng lên đáng kể. Như vậy có thể thấy hoạt động khai thác mỏ đã phần nào ảnh hưởng tiêu cực đến tính chất hóa học của đất. - Về hàm lượng kim loại nặng: Sự biến động của hàm lượng kim loại nặng trong đất cũng khá giống với thay đổi tính chất lý hóa của đất, ở các vị trí càng xa dần khu vực khai thác mỏ, hàm lượng một số kim loại nặng trong đất càng có xu hướng giảm dần và đạt QCVN 03-MT:2015/BTNMT và ngược lại, càng gần và ngay tại khu vực khai trường thì rất nguy hại. Cụ thể, hàm lượng kim loại năng As, Pb, Cd, Zn đều vượt QCVN 03-MT:2015/BTNMT ở khu vực khai thác mỏ, ngoài khu vực khai trường và nhất là cách từ 100 m trở đi thì không bị ô nhiễm nữa. Như vậy có thể thấy hoạt động khai thác mỏ đã làm ô nhiễm kim loại nặng trong đất. 3.2.3.2. Tính chất lý hóa tính của đất tại các khu đất khác nhau của mỏ Số liệu nghiên cứu về tính chất hóa lý và hàm lượng kim loại nặng trong đất các khu đất khác nhau của mỏ trình bày tại bảng 3.11, hình 3.15, bảng 3.13, hình 3.15 và 3.17. Bảng 3.11. Một số tính chất lý học đất ở các khu đất khác nhau của mỏ Thành phần cơ giới (%) Tầng Dung Độ Cát Limon Sét TT Vị trí đất trọng xốp (>0,02 (0,002(<0,002 3 (cm) (g/cm ) (%) mm) 0,02mm) mm) Đất đồi sát khu 0 - 20 1,22 53,6 44 44 12 1 20 - 40 1,23 53,4 43 45 12 khai trường Đất khu tuyển 0 - 20 1,30 49,2 36 45 19 2 20 - 40 1,31 48,0 32 46 22 quặng 0 - 20 1,36 46,9 47 30 23 3 Đất bãi thải đất đá 20 - 40 1,37 45,4 36 49 15 0 - 20 1,29 49,8 30 40 30 4 Đất vừa hoàn thổ 20 - 40 1,30 49,2 30 39 31 5 Đất ruộng lúa 0 - 20 1,23 52,1 45 41 14 10 LSD0,05 CV(%) 20 - 40 0 - 20 0 - 20 1,24 0,05 2,21 51,9 1,73 1,82 41 - 42 - 17 - Hình 3.15. Hàm lượng mùn và N, P2O5, K2O trong đất tầng 0 - 20 cm ở các khu đất khác nhau của mỏ Bảng 3.13. Kim loại nặng trong đất ở các khu đất khác nhau của mỏ Tầng đất Hàm lượng kim loại nặng (mg/kg đất) TT Vị trí (cm) As Pb Cd Zn Fe 0 - 20 19,36 68,21 0,641 173,28 451,82 Đất đồi sát khu khai 1 trường 20 - 40 19,47 51,43 0,673 179,24 442,44 0 - 20 24,32 79,23 0,742 205,25 751,83 2 Đất khu tuyển quặng 20 - 40 23,18 72,15 0,853 200,34 692,64 0 - 20 22,67 76,32 0,754 202,10 551,93 3 Đất bãi thải đất đá 20 - 40 23,19 75,81 0,821 200,37 592,34 0 - 20 20,76 71,43 0,763 203,27 541,53 4 Đất vừa hoàn thổ 20 - 40 20,15 71,09 0,777 201,34 542,33 0 - 20 18,45 51,43 0,673 169,24 442,45 5 Đất ruộng lúa 20 - 40 19,32 50,89 0,645 165,55 447,71 QCVN 03-MT:2015/BTNMT 15 70 1,5 200 LSD0,05 0 - 20 1,42 5,55 0,06 17,16 CV(%) 0 - 20 3,57 4,25 4,64 4,78 - 11 Hình 3.16. Hàm lượng kim loại nặng As trong đất ở các khu đất khác nhau của mỏ Hình 3.17. Hàm lượng kim loại nặng Pb trong đất ở các khu đất khác nhau của mỏ Đánh giá chung về tính đất ở tại các khu đất khác nhau của mỏ Từ số liệu phân tích ở trên cho phép đánh giá: - Về tính chất vật lý đất: Các chỉ tiêu vật lý đất ở các khu vực khác nhau của mỏ là khác nhau. Các vị trí nằm ngoài khu tuyển quặng, bãi thải đất đá và khu đất vừa hoàn thổ có dung trọng lớn, độ xốp đất nhỏ và thành phần cơ giới nặng hơn đất còn nguyên rừng tự nhiên sát khu khai thác và đất ruộng lúa. Như vậy có thể thấy hoạt động khai thác mỏ đã phần nào làm ảnh hưởng tiêu cực đến tính chất vật lý của đất. - Về tính chất hóa học đất: Tương tự như tính chất vật lý đất, một số tính chất hóa học đất ở các khu vực khác nhau của mỏ là khác nhau. Các vị trí nằm ngoài khu tuyển quặng, bãi thải đất đá và khu đất vừa hoàn thổ có hàm lượng mùn thấp, các chất dinh dưỡng N, P, K kém hơn nhiều so khu đất còn nguyên rừng tự nhiên sát khu khai thác và đất ruộng lúa. Như vậy có thể thấy hoạt động khai thác mỏ đã làm ảnh hưởng tiêu cực đến tính chất hóa học của đất. 12 - Về hàm lượng kim loại nặng: Sự biến động của hàm lượng kim loại nặng trong đất cũng khá giống với thay đổi tính chất lý hóa của đất, ở các khu vực khác nhau của mỏ có hàm lượng một số kim loại nặng trong đất là khác nhau. Tại các vị trí khu đất còn nguyên rừng tự nhiên sát khu khai thác và đất ruộng lúa, hàm lượng các kim loại nặng Pb, Zn thấp và đạt QCVN 03-MT:2015/BTNMT. Còn tại các vị trí nằm ngoài khu tuyển quặng, bãi thải đất đá và khu đất vừa hoàn thổ thì đều vượt QCVN 03-MT:2015/BTNMT. Riêng nguyên tố As ở tất cả các khu vực đều có hàm lượng vượt QCVN 03-MT:2015/BTNMT. Như vậy có thể thấy hoạt động khai thác mỏ đã làm ô nhiễm kim loại nặng trong đất. 3.2.3.3. Đánh giá ảnh hưởng của khai thác quặng sắt đến độ phì đất sau khai mỏ Trên cơ sở phân tích các số liệu thu được ở vùng khai thác mỏ sắt, cho phép đánh giá tác động ảnh hưởng của khai thác quặng sắt đến độ phì đất sau khai mỏ như sau: - Quá trình khai thác quặng sắt đã góp phần làm suy giảm độ phì đất: + Làm thay đổi kết cấu đất, tăng dung trọng đất và làm giảm độ xốp đất. Thành phần cơ giới đất chủ yếu là thịt nặng, sét lẫn cát. Các tính chất vật lý xấu đi dẫn đến khả năng giữ nước kém nên dễ bị khô hạn. + Làm suy giảm hàm lượng chất hữu cơ kéo theo suy giảm các nguyên tố dinh dưỡng đạm, lân và kali... đất nghèo kiệt. + Do khai thác tầng sâu đã hạ thấp mực nước ngầm của khu vực lân cận dẫn đến thiếu nước canh tác nông nghiệp. - Quá trình khai thác quặng sắt đã làm ô nhiễm đất: + Khai thác quặng sắt đã làm cho đất vùng khai trường và lân cận bị ô nhiễm As, kể cả đất ruộng lúa gần khu khai thác. Hàm lượng As đã vượt QCVN 03MT:2015/BTNMT. + Các khu vực khai trường, bãi thải và kể cả đất vừa hoàn thổ cũng bị ô nhiễm Pb và Zn. - Một diện tích lớn đất nông, lâm nghiệp trước đây bị chiếm dụng cho mục đích khai thác khoáng sản vẫn để hoang hóa sau khi khai thác; Tầng đất mặt bị xáo trộn, gây khó khăn cho việc hoàn thổ phục hồi môi trường; Cân bằng nước khu vực bị phá vỡ, gia tăng các hiện tượng trượt lở, bồi lấp, tích tụ các chất rắn do sự biến đổi chế độ thủy văn của dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm; Hệ sinh thái và cảnh quan khu vực bị biến đổi. Biểu hiện rõ nét nhất là suy thoái thảm thực vật, suy giảm diện tích rừng, cạn kiệt trữ lượng gỗ, suy giảm về chủng loại và số lượng các loài động vật hoang dã. Quá trình ô nhiễm đất và nước dẫn đến làm giảm năng suất cây trồng, làm nghèo thảm thực vật, suy giảm sự đa dạng sinh học. Đồng thời chúng có tác động ngược lại làm cho quá trình xói mòn, rửa trôi thoái hóa đất diễn ra nhanh hơn. Nhiều diện tích đất canh tác nông nghiệp phải bỏ hoang, diện tích đất trống đồi trọc tăng lên. Sự tích tụ cao các chất độc hại, các kim loại nặng trong đất sẽ làm tăng khả năng 13 hấp thụ các nguyên tố có hại trong cây trồng, vật nuôi và gián tiếp gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người. 3.3. Đánh giá khả năng cải tạo đất sau khai thác quặng sắt của một số loài thực vật tại khu vực mỏ sắt Trại Cau 3.3.1. Điều tra sự hiện diện và đặc điểm thực vật học của một số loại cây mọc phổ biến trên đất vùng mỏ sắt Trại Cau 3.3.1.1. Sự hiện diện một số loại thực vật phổ biến trên đất vùng mỏ sắt Trại Cau Để đánh giá khả năng cải tạo đất sau khai khoáng bằng giải pháp thực vật, đề tài đã điều tra trực tiếp trên thực địa và tiến hành phỏng vấn ý kiến của 120 hộ dân sống tại khu vực để xác định các loại cây tự nhiên và cây trồng phổ biến của các khu đất sau khai thác quặng. Số liệu nghiên cứu cho thấy: - Đối với cây trồng: Phổ biến nhất là cây lâm nghiệp keo, 95,8 % số phiếu đánh giá. Sau đó là cây ăn quả, bạch đàn, chè … - Đối với cây mọc tự nhiên: Phổ biến nhất là các cây lau, sậy, 86,7 % số phiếu đánh giá; sim mua (85,8 %); xấu hổ (79,2 %); dương xỉ (75,8 %); cỏ mần trầu (60,8 %). Sau đó là các cây cỏ như đơn buốt, ngải dại, cỏ tranh, cỏ lào. 3.3.1.2. Đặc điểm thực vật học của cây mọc phổ biến trên đất vùng mỏ sắt Trại Cau có khả năng phục hồi đất Đã mô tả 8 loại cây mọc phổ biến trên đất vùng mỏ sắt Trại Cau có khả năng phục hồi đất: Keo lá tràm, keo tai tượng, lau, mua, dương xỉ, mần trầu, ngải dại và đơn buốt. 3.3.2. Đánh giá khả năng thu hút kim loại nặng của một số loại cây mọc trong đất khu vực mỏ sắt Trại Cau Số liệu bảng 3.25 cho biết hệ số sinh học của 8 loại cây thu thập đối với từng nguyên tố kim loại nặng, cụ thể tạm xếp như sau: Bảng 3.25. Hệ số tích lũy sinh học của một số loại cây hấp thụ kim loại nặng As Pb Cd Tên mẫu Đất Cây HF* Đất Cây HF* Đất Cây HF* Keo lá tràm 22,57 7,45 0,330 74,45 19,50 0,262 0,761 0,264 0,347 Keo tai tượng 20,70 7,00 0,338 69,08 20,59 0,298 0,774 0,279 0,360 Lau 21,35 7,69 0,360 79,50 27,83 0,350 0,796 0,255 0,320 Mua 21,30 5,54 0,260 69,74 17,50 0,251 0,810 0,248 0,306 Dương xỉ 24,78 8,40 0,339 80,90 27,67 0,342 0,803 0,249 0,310 Mần trầu 23,87 7,73 0,324 77,55 21,64 0,279 0,791 0,214 0,271 Ngải dại 22,12 6,98 0,316 77,08 19,73 0,256 0,721 0,144 0,200 Đơn buốt 20,68 5,38 0,260 69,49 20,99 0,302 0,765 0,260 0,340 Ghi chú: *HF: Hệ số tích lũy sinh học - Bioaccumulation Factor (HF được tính bằng số lượng KLN cây hút trên hàm lượng KLN trong đất) - Khả năng thu hút As: 14 + Nhóm có khả năng thu hút As cao được xếp thứ tự: Lau - Dương xỉ - Keo tai tượng - Keo lá chàm - Mần trầu. + Nhóm có khả năng hút As thấp là: Ngải dại - Mua - Đơn buốt. - Khả năng thu hút Pb: + Nhóm có khả năng thu hút Pb cao được xếp thứ tự: Lau - Dương xỉ - Đơn buốt - Keo tai tượng. + Nhóm có khả năng hút Pb thấp là: Mần trầu - Keo lá chàm - Ngải dại - Mua. - Khả năng thu hút Cd: + Nhóm có khả năng thu hút Cd cao được xếp thứ tự: Keo tai trượng - Keo lá chàm - Lau - Đơn buốt - Dương xỉ. + Nhóm có khả năng hút Cd thấp là: Mua - Mần trầu - Ngải dại. Sự xắp xếp này chỉ là tương đối, vì ngoài thực tế còn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác ngoài hàm lượng kim loại nặng trong đất (như loại đất, độ ẩm, pH, hay một số tính chất độ phì khác…). Tuy nhiên, chúng ta có thể thấy xu hướng tiềm năng của một số loại cây đối với việc thu hút kim loại nặng. Từ đó chúng ta có thể định hướng sử dụng cho cải tạo đất bị ô nhiễm kim loại nặng của khu vực. 3.3.3. Tiến hành thí nghiệm và khảo sát mô hình sử dụng các loại cây tự nhiên và cây trồng có khả năng phục hồi đất sau khai mỏ 3.3.3.1. Thí nghiệm một số cây tự nhiên phục hồi đất a, Sinh khối của các loại cây Số liệu theo dõi sinh khối (thân, cành, lá) của 5 cây tham gia thí nghiệm (Bảng 3.26) cho thấy: Bảng 3.26. Sinh khối (thân cành lá) của cây trồng trên đất sau khai khoáng ĐVT: tấn/ha Sinh khối tươi Sinh khối khô Công Loại cây Sau 01 Sau 02 Sau 01 Sau 02 thức năm năm năm năm 1 Cỏ tự nhiên (ĐC) 8,93 21,13 2,23 5,71 2 Đơn buốt 19,29 35,50 4,98 9,71 2 Ngải dại 17,33 32,55 4,64 8,87 4 Mần trầu 18,18 33,46 4,55 9,25 5 Dương xỉ 15,95 30,82 4,40 8,57 LSD0,05 4,19 2,08 0,43 0,93 CV(%) 1,26 3,60 5,48 5,89 15 Cả 4 loại cây trồng đều cho khả năng sinh trưởng và phát triển tốt trên đất vừa hoàn thổ. Sau trồng 1 năm mặt đất đã được phủ kín bởi thân lá của cây. Sinh khối (thân, cành, lá) đều cao, cụ thể: - Sau trồng 1 năm, sinh khối đạt 15,95 - 19,29 tấn/ha tươi và 4,40 - 4,98 tấn/ha khô. Trong đó, cây đơn buốt có khối lượng lớn nhất và thấp nhất là công thức đối chứng cỏ mọc tự nhiên. - Sau trồng 2 năm sinh khối đạt gần gấp đôi, đạt 30,82 - 35,50 tấn/ha tươi và 8,57 - 9,71 tấn/ha khô. Trong đó, cây đơn buốt vẫn có khối lượng lớn nhất và thấp nhất là cỏ mọc tự nhiên. Như vậy có thể thấy 4 trên 5 cây trồng thí nghiệm đều có sinh khối lớn và khả năng che phủ đất tốt, đạt tiêu chí cải tạo phục hồi đất sau khai thác khoáng sản. b, Khả năng phục hồi độ phì đất của một số loại cây thí nghiệm - Tính chất vật lý đất (Bảng 3.27): Bảng 3.27. Một số tính chất lý học đất ở thí nghiệm cây trồng sau 2 năm Công thức Loại cây 1 Cỏ tự nhiên (ĐC) 2 Đơn buốt 2 Ngải dại 4 Mần trầu 5 Dương xỉ Đất trước thí nghiệm LSD0,05 CV(%) Thành phần cơ giới (%) Dung trọng (g/cm3) Độ xốp (%) Cát (>0,02mm) 1,26 1,22 1,22 1,21 1,21 1,29 0,06 2,48 50,6 52,2 52,2 52,6 52,6 49,6 2,16 2,30 31 33 33 32 31 31 - Limon Sét (0,002(<0,002mm) 0,02mm) 42 27 43 24 42 25 43 25 44 25 42 27 - Số liệu một số tính chất vật lý đất ở thí nghiệm cây trồng sau 2 năm cho thấy các loại cây trồng khác nhau đều có khả năng làm thay đổi tính chất đất. Như vậy, cho thấy các cây phủ đất sử dụng trong thử nghiệm sau 2 năm đã có tác dụng tích cực cho cải tạo một số tính chất lý học đất ở tầng 0 - 20 cm của vùng khai thác quặng sắt Trại Cau. - Tính chất hóa học đất: Số liệu ở thử nghiệm cây trồng sau 2 năm cho thấy các loại cây trồng khác nhau đều có khả năng làm thay đổi tính chất hóa học đất. 16 Hình 3.21. Hàm lượng mùn và N, P2O5, K2O trong đất ở các công thức thử nghiệm khác nhau Như vậy, cho thấy các cây phủ đất sử dụng trong thử nghiệm sau 2 năm đã có tác dụng tích cực cho cải tạo một số tính chất hóa học đất ở tầng 0 - 20 cm của vùng khai thác quặng sắt Trại Cau. b, Khả năng xử lý đất bị ô nhiễm của một số loại cây thử nghiệm Khả năng hút thu kim loại nặng trong đất của các cây tham gia thí nghiệm trình bày tại bảng 3.29. Bảng 3.29. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong cây sau 02 năm trồng Hàm lượng trong cây (mg/kg) Công Loại cây thức As Pb Cd 1 Cỏ tự nhiên (ĐC) 5,12 17,77 0,124 2 Đơn buốt 6,76 20,43 0,250 2 Ngải dại 7,14 19,78 0,154 4 Mần trầu 8,11 21,23 0,204 5 Dương xỉ 8,22 28,91 0,216 LSD0,05 0,56 1,94 0,02 CV(%) 4,19 4,77 6,25 Để đánh giá khả năng xử lý ô nhiễm của kim loại nặng trong đất sau khai khoáng, đề tài đã tiến hành phân tích đất thử nghiệm trước và sau trồng cây 2 năm. Từ việc đánh giá hàm lượng kim loại nặng hút thu được của các loại cây thử nghiệm và hàm lượng kim loại nặng trong đất sau 2 năm thử nghiệm cho thấy cả 4 trên 5 loại cây thử nghiệm đều đạt tiêu chí cải tạo đất sau khai thác khoáng sản. Bảng 3.30. Kim loại nặng trong đất ở thí nghiệm cây trồng sau 2 năm Công Hàm lượng kim loại nặng (mg/kg đất) Loại cây As Pb Cd Zn Fe thức Đất trước thí nghiệm 19,76 71,65 0,773 201,21 531,43 1 Cỏ tự nhiên (ĐC) 16,87 68,69 0,736 198,22 500,02